CN209661614U - 一种皮肤含水量的检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及皮肤含水量检测的技术领域，尤其涉及一种皮肤含水量的检测仪。该检测仪，包括光源模块以及感光探测模块，感光探测模块上连接有数据处理模块，检测仪还包括活动设置在检测仪上的标准参照板，感光探测模块能够检测检测光在标准参照板的反射光并得出标准光谱信号，且感光探测模块还能够检测检测光在皮肤上的反射光并得出检测光谱信号，数据处理模块能够根据检测光谱信号与标准光谱信号的差异得出皮肤的含水量。该检测仪有效解决了现有技术的误差大的问题。

Description

一种皮肤含水量的检测仪

技术领域

本实用新型涉及皮肤含水量检测的技术领域，尤其涉及一种皮肤含水量的检测仪。

背景技术

在皮肤内，含水量约占其重量的18％-20％。皮肤中的含水量是维持皮肤柔软性和弹性最重要的因素之一。皮肤水分的缺失会造成表皮新陈代谢过慢，加快皮肤的衰老。近年来，随着人们对健康和美需求的提高，为了改善皮肤水分和实现皮肤保湿效果，皮肤含水量的快速精准判断成为一项非常重要的工作。

目前皮肤含水量常用的测量方法包括电容法和生物电阻抗分析法。电容法是基于水具有较高的介电常数，通过采用电容器测量皮肤电容值的变化间接反映出皮肤的含水量。如专利号为“201320238940.5”提出的一种人体局部皮肤水分检测系统。生物电阻抗分析法是通过置于体表的电极向皮肤输入一个微小的电流或电压信号，检测相应的电阻抗变化，计算皮肤的含水量。如专利号为“200510011875.2”提出的一种皮肤水分测量方法。然而，基于电容法的装置成本高和结构复杂，基于生物电阻抗方法的装置测量误差较大；此外，基于这两种方法的系统和装置一般都需要与皮肤进行直接接触，会对皮肤产生影响。

在现有的技术中已经开始利用近红外光谱技术来测量皮肤的水分，如公告号为“US6529767B1”、名称为“Method and apparatus for measuring skin moisture byusing near infrared reflectance spectroscopy”的专利文献，该方案便是基于近红外光谱技术进行的皮肤水分测量，该方案为：利用现有技术检测出多个样本皮肤的含水量，然后对样本皮肤的光谱进行记录，通过设置多元回归校正集和参考水分值来建立近红外反射光谱的标准校准方程并存储，从而用近红外反射光谱法进行辐射待测皮肤，将光谱数据带入前述的标准校准方程，得出对应的含水量。

上述的测量有一定的缺陷：该方法对全光谱波段进行分析，其中掺杂了不少无用光谱的分析，且预处理后需要将光谱分为预测集和验证集，且以此进行多元线性回归建模，建立标准校准方程，该过程中需要采用大量的光谱数据，过程复杂且耗时，同时其采用现有的技术手段检测样本皮肤，选择现有技术中何种测量方法以及所选用的样本皮肤的含水量的范围对线性回归建模影响巨大，其主观性较强，且光线的实时测量时环境因素易对实际的数据产生不利影响，且所测数据容易受皮肤其它物质的干扰，因上述原因得出的测量结果误差较大。

实用新型内容

本实用新型提供一种皮肤含水量的检测仪，以解决现有技术中存在的检测含水量误差大的问题。

本实用新型的一种皮肤含水量的检测仪采用如下技术方案：

一种皮肤含水量的检测仪，包括用于发出检测光的光源模块以及感光探测模块，所述感光探测模块上连接有数据处理模块，所述检测仪还包括活动设置在所述检测仪上的标准参照板，所述感光探测模块能够检测所述检测光在标准参照板的反射光并得出标准光谱信号，且所述感光探测模块还能够检测所述检测光在皮肤上的反射光并得出检测光谱信号，所述数据处理模块能够根据所述检测光谱信号与所述标准光谱信号的差异得出皮肤的含水量。

所述光源模块包括两个以上的光源。

不同的检测光源发出的检测光的波长不同。

该检测仪包括检测仪壳体，所述检测仪壳体的前端设置有端口，所述检测光通过所述的端口射出光线从而形成照射光路，所述反射光通过端口照射至所述的感光探测模块从而形成了反射光路。

所述的检测仪壳体前端设置有径向延伸的滑槽，所述的标准参照板与所述的滑槽滑动配合。

该检测仪还包括滤光模块，所述的滤光模块包括滤光片，所述的聚焦模块包括两个间隔设置的透镜。

本实用新型的有益效果是：通过设置标准白板作为参照，使用感光探测模块检测光源发出的检测光在标准参照板的反射光并得出标准光谱信号，且感光探测模块还能够检测检测光在皮肤上的反射光并得出检测光谱信号，数据处理模块能够根据检测光谱信号与所述标准光谱信号的差异得出皮肤的含水量。采用标准参照板而不采用样本皮肤做参照有效避免了选用样品皮肤时造成的误差，也避免了实时环境状况对数据检测精度的影响。从而本方案有效的解决了现有技术中测量皮肤含水量误差大的问题。

进一步地，本实用新型通过两种不同波长的光源进行差分吸收的测量方法消除了皮肤中其它物质的干扰，降低了误差，提高了结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种皮肤含水量的检测仪的实施例一的工作框图；

图2为本实用新型的一种皮肤含水量的检测仪的实施例一的元件分布图；

图3为本实用新型的一种皮肤含水量的检测仪的实施例一的整体结构示意图；

图中：1、光源模块；2、滤光模块；3、待测物；4、聚焦模块；5、感光探测模块；6、信号转换模块；7、数据处理模块；8、按键模块；9、存储模块；10、显示模块；11、电源模块；12、第一光源；13、第二光源；14、滤波片；15、聚光透镜；16、标准参照板；17、调节扶手；18、皮肤；19、透镜组；20、透镜组固定架；21、感光探测器；22、PCB电路板；23、A/D转换电路；24、微处理器；25、存储器；26、电源；27、显示屏；28、按键；29、检测仪壳体。

具体实施方式

本实用新型的一种皮肤含水量的检测仪的实施例一，其原理如图1所示，包括用于发出检测光的光源模块1以及感光探测模块5，感光探测模块5上连接有数据处理模块7，检测仪还包括活动设置在检测仪上的标准参照板16，感光探测模块5能够检测所述检测光在标准参照板16的反射光并得出标准光谱信号，且感光探测模块5还能够检测所述检测光在皮肤上的反射光并得出检测光谱信号，数据处理模块能够根据检测光谱信号与标准光谱信号的差异得出皮肤的含水量。

优选的，光源模块1包括两个以上的光源。

优选的，光源模块1采用两个光源，且两个光源分别为发出1120nm波长的和1450nm波长的光源，此时皮肤含水量的体积分数为其中z是光在照射皮肤时的穿透深度，该参数为定值，μ_aw1、μ_aw2分别是皮肤内水分在第一光源对应波长处和第二光源对应波长处的吸收系数,κ为补偿因子，其为常数，通过现有已知的样品皮肤数据带入上述方程可得其数值，根据计算其大小在0.8-1.2的范围之内。

皮肤主要由水、蛋白质、脂肪酸和无机盐组成。当光照射到皮肤后，一部分光被皮肤反射或散射出来，另一部分光被皮肤组织所吸收。研究发现水分在近红外波段具有强烈的吸收，而皮肤组织中的其他物质在800-1700nm范围的吸收较少。在近红外波段，水分的吸收主要是由O-H键的基频、倍频和其他原子键的合频造成的。在800-1700nm范围波段，合频引起的960nm附近的吸收，倍频引起的1150nm和1450nm附近的吸收。其中，由倍频引起的吸收较为强烈。

在光的传播中有比尔朗伯定律，在均匀介质中，比尔朗伯定律或A＝μ_aL，其中I₀是初始光强，L是介质厚度，A＝ln(I₀/I)为吸光度，对于皮肤，属于非均匀介质，对光既有吸收又有散射效应，其中吸收系数μ_a用来表示皮肤对光的吸收，散射系数μ_s表示皮肤对光的散射。因此，光在皮肤中总的衰减系数为μ_t＝μ_a+μ_s。为了体现散射的影响，比尔朗伯定律被修正为经过转化可得I₁＝I₀₁exp[-(μ'_s1+μ_a1·c_t+μ_aw1·c_w)z]，I₂＝I₀₂exp[-(μ'_s2+μ_a2·c_t+μ_aw2·c_w)z]，从而推出其中z是光源照射皮肤时的穿透深度，μ'_s1，μ'_s2分别是皮肤组织在第一光源对应波长和第二光源对应波长的总约化散射系数，μ_a1，μ_a2分别是皮肤内除水分外其他物质在第一光源对应波长处和第二光源对应波长处的总吸收系数，μ_aw1、μ_aw2分别是皮肤内水分在第一光源对应波长处和第二光源对应波长处的吸收系数，c_t和c分别是皮肤内除水分外其他物质和水分的气体分数。

相比现有技术中采用全光谱波段进行分析的方案，本方案采用水的两个特定吸收峰进行分析，减少了无用光谱信息的分析，而现有技术需要对全光谱波段进行预处理，而且需将光谱分为预测集和验证集，进行多元线性回归建模，建立标准校准方程，该过程需要采集大量的光谱数据，过程复杂，耗时。本实用新型无需采集过多的光谱数据，只需要少量光谱数据代入建立的计算公式进行计算，获得补偿因子，建立完善的水分体积分数计算模型。

优选的，光源采用发光二极管。

优选的，检测仪还包括与光源配合使用的滤波模块。滤波模块采用滤波片与聚光透镜组合的模式，由聚光透镜将光线聚集，由滤波片将光线进行滤波操作。

优选的，该检测仪还包括检测仪壳体，检测仪壳体的前端间隔设置有两组用于对光线进行聚焦的聚焦模块，两组所述的聚焦模块之间增设一组聚焦模块从而形成了一条将待测物表面光线反射到前述的感光探测模块上的反射回路。

优选的，检测仪壳体前端端口上设置有滑槽，标准参照板与滑槽滑动配合。

一种皮肤含水量的检测仪，还包括光源模块1、滤光模块2、聚焦模块4，电源模块11，待测物3，感光探测模块5，信号转换模块6，电源模块11为的光源模块1提供电能，光源模块1产生相应波段的光线，光线透过滤光模块2进行滤波后传输到所述的待测物3，从待测物3反射的光线经所述的聚焦模块4聚焦后发射到感光探测模块5中，感光探测模块5将所接收的光信号转化为电信号，信号转换模块6包括信号放大电路和A/D转换电路，感光探测模块5输出的电流信号经信号放大电路转变成放大的电压信号，再经A/D转换电路将电压信号转换为数字信号输出，信号转换模块6连接有数据处理模块7，数据处理模块7对数字信号进行采集和处理。

优选的，该皮肤含水量的检测仪还包括存储模块9，存储模块9将数据处理模块7采集和处理的数据进行存储。

优选的，该皮肤含水量的检测仪还包括显示模块10，显示模块10用于显示前述数据处理模块采集和处理的数据信息，显示模块10连接有按键模块8，以便于对数据处理模块7采集和处理数据进行辅助操作。

优选的，待测物3包括标准参照板和皮肤，当用于参考光谱的测量时，选择标准参照板作为待测对象；当用于皮肤近红外反射光谱的测量时，选择皮肤作为待测对象。

优选的，聚焦模块4将从样品反射回来的光聚焦到感光探测模块5中。

优选的，信号转换模块6由信号放大电路和A/D转换电路组成，其中感光探测模块输出的电流信号经信号放大电路转变成放大的电压信号，再经A/D转换电路将电压信号转换为数字信号输出。

优选的，数据处理模块7将接收到的光数据经过皮肤含水量计算模型得到皮肤的水分测量数据，再将测量数据存储在存储模块中并通过显示模块显示出来。

优选的，按键模块主要用于实现对仪器参数的设置、数据采集的控制和数据显示的清除和再现的输入操作。

优选的，电源模块11主要为光源模块1、信号转换模块6、数据处理模块7和显示模块10的提供电能，电源模块11上设置有可控制前述各个模块通断电的开关。

一种皮肤含水量的检测仪的具体结构如图2和图3所示，其中前述的光源模块1对应光源，前述滤波模块2具体采用滤波片14，前述待测物除皮肤外采用标准参照板16，前述聚焦模块4采用透镜组19，前述感光探测模块5采用感光探测器21，前述信号转换模块6采用A/D转换电路23,前述数据处理模块7采用微处理器24，前述按键模块8具体采用按键28，前述存储模块9采用存储器25，前述显示模块具体采用显示屏27，其余元件均为检测仪具体结构所增加的辅助元件。

光源包括第一光源12和第二光源13，检测仪壳体29的端口处设置有标准参照板16，标准参照板16相邻设置有用于调节标准参照板在检测仪壳体29端口处面积的调节扶手17，在与检测仪壳体29端口相对应的位置处设置有透镜组19，透镜组19远离检测仪壳体29端口的一端间隔设置有用于感应通过透镜组19的光线的感光探测器21，感光探测器21将信号传输给前述的A/D转换器24，转换后的信号经微处理器24采集和处理后，显示在显示屏27上。

优选的，检测仪壳体29的前部为前窄后宽的结构。检测仪壳体29的前端设置有端口，光源设置在检测仪壳体前部的侧面，光源发出检测光通过端口射出光线从而形成照射光路，检测光照射在标准参照板上从而检测光发生反射形成反射光，反射光通过端口照射至感光探测模块从而形成了反射光路。

优选的，感光探测器21采用InGaAs光电二极管。相比现有技术中采用光谱仪进行光线的探测，本方案采用InGaAs光电二极管大大减少了所需费用，降低了检测仪的成本。

优选的，显示屏为LED液晶显示屏或LCD液晶显示屏。

优选的，标准参照板采用标准白板。该标准白板所用材料为高纯度硫酸钡、氧化镁或聚四氟乙烯，在800-1700nm光谱范围其反射率达到98％以上。

优选的，微处理器24、数据存储器25、电源26均设置在PCB电路板22上。

优选的，显示屏27设置在检测仪壳体29上，显示屏27采用LCD液晶显示屏。

优选的，检测仪壳体29上还设置有用于对皮肤含水量的检测仪进行输入操作的按键28。

优选的，透镜组19包括两个具有相同焦距的透镜。

优选的，滤波片采用带通滤波片，其中带通滤波片用于将入射光的半峰宽限制在10nm以内，聚焦透镜用于将入射光聚焦到待测物或者皮肤上。

工作过程：打开LED光源，将标准参照板16调整到与检测仪端口所在平面平行的位置，此时标准参照板16的受光面积调到最大，光直接从标准白板表面反射回来被感光探测器21接收，获得两个不同波长处的参考光谱信号I₀₁和I₀₂；

之后用调节扶手17推拉标准参照板16，当标准参照板16完全移动出检测仪端口的照射范围后，标准参照板16不受光，此时光照射到皮肤18上，从皮肤18反射回来的光被感光探测器21接收，获得两个不同波长处的样品光谱信号I₁和I₂；

之后是把测量所得的两个参考光谱信号I₀₁和I₀₂，以及两个样品光谱信号I₁和I₂输入到微处理器25进行数值计算，获得皮肤中的含水量。

实施例二，光源模块包括两种发出不同波长的光线的光源，采用激光二极管与滤波片的组合。

实施例三，光源模块包括两种发出不同波长的光源，采用卤钨灯与滤波片的组合。

实施例四，标准参照板与检测仪壳体之间增设一根旋转轴，旋转轴穿设在标准参照板和检测仪壳体之间，标准参照板可以在工作人员的操作下上下翻转。

以上所述“第一”和“第二”等词仅为方便描述，不起限定作用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种皮肤含水量的检测仪，包括用于发出检测光的光源模块以及感光探测模块，所述感光探测模块上连接有数据处理模块，其特征在于：所述检测仪还包括活动设置在所述检测仪上的标准参照板、检测仪壳体、调节扶手和透镜组，所述检测仪壳体的前部为前窄后宽结构，所述光源模块设置于所述检测仪壳体的前部的侧面，所述检测仪壳体的前端设置有端口，所述标准参照板设置于所述端口处；所述标准参照板相邻设置有用于调节所述标准参照板在所述端口处的面积的调节扶手，在与所述端口相对应的位置处设置有透镜组；所述感光探测模块设置于所述检测仪壳体的内部远离所述端口的一端，用于感应由所述光源模块发射的并由所述标准参照板或者待测皮肤反射的通过所述透镜组的光线；

所述感光探测模块能够检测所述检测光在标准参照板的反射光并得出标准光谱信号，且所述感光探测模块还能够检测所述检测光在皮肤上的反射光并得出检测光谱信号，所述数据处理模块能够根据所述检测光谱信号与所述标准光谱信号的差异得出皮肤的含水量。

2.根据权利要求1所述的皮肤含水量的检测仪，其特征在于：所述光源模块包括两个以上的光源。

3.根据权利要求2所述的皮肤含水量的检测仪，其特征在于：不同的所述光源发出的检测光的波长不同。

4.根据权利要求1所述的皮肤含水量的检测仪，其特征在于：所述的检测仪壳体前端设置有径向延伸的滑槽，所述的标准参照板与所述的滑槽滑动配合。

5.根据权利要求4所述的皮肤含水量的检测仪，其特征在于：该检测仪还包括滤光模块，所述的滤光模块包括滤光片。